Метод.вказ. Мостові переходи

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТРАНСПОРТНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТУ

„РОЗВІДУВАННЯ ТА ПРОЕКТУВАННЯ МОСТОВИХ ПЕРЕХОДІВ І ТУНЕЛЬНИХ ПЕРЕСІЧЕНЬ”

для студентів ІІІ курсу дорожньо-будівельного факультету спеціальності 7.092106 „Мости та транспортні тунелі”

Київ НТУ 2009

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТРАНСПОРТНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТУ

„РОЗВІДУВАННЯ ТА ПРОЕКТУВАННЯ МОСТОВИХ ПЕРЕХОДІВ І ТУНЕЛЬНИХ ПЕРЕСІЧЕНЬ”

для студентів ІІІ курсу дорожньо-будівельного факультету спеціальності 7.092106 „Мости та транспортні тунелі”

ЗАТВЕРДЖЕНО на засіданні навчально-методичної Ради університету

протокол № __ від ____________ 2009р. Перший проректор проф. Білякович М.О.

Київ НТУ 2009

2

Методичні вказівки до виконання курсового проекту „Розвідування та проектування мостових переходів і тунельних пересічень” для студентів ІІІ

курсу спеціальності 7.092106 / Розр. Проф. С.Г.Ткачук, Башкевич І.В. – К.:

НТУ, 2009. - 39 с.

Курсовий проект „Мостові переходи” виконується у відповідності з навчальним планом спеціальності 7.092106 „Мости та транспортні тунелі” на кафедрі мостів і тунелів.

Мостові переходи – найпоширеніший тип пересічення водотоків автомобільними дорогами і залізницями. Це комплекс дорогих споруд, що забезпечують безперешкодний рух води і наносів та безпечний пропуск транспортних засобів на протязі тривалого часу експлуатації переходу, який сягає декількох десятиліть.

В проекті передбачені гідрологічні та морфометричні розрахунки; багаторічне прогнозування загального розмиву під мостом та визначення місцевого розмиву біля його руслових опор; обґрунтування ширини отвору моста; розбивку моста на прогони з врахуванням умов судноплавства; проектування підходів та регуляційних споруд. Разом з розв’язанням специфічних задач проектування мостових переходів в курсовому проекті розробляються поздовжній та поперечні профілі земляного полотна.

Мета курсового проекту – закріплення теоретичного матеріалу та набуття досвіду в галузі проектування мостових переходів і навичок в прийнятті інженерних рішень.

1. СКЛАД, ЗМІСТ ТА ОФОРМЛЕННЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТУ

Курсовий проект складається з пояснювальної записки (на аркушах формату А4) і креслень, які зшиваються в одну теку разом з пояснювальною запискою.

Пояснювальна записка повинна містити в собі повний опис всіх застосованих методик, формул, способів обчислень із зазначенням розмірностей всіх величин, супроводжуючи їх поясненнями і посиланнями на літературні джерела.

Таблиці і графіки в пояснювальній записці треба пронумерувати і підписати згідно з їх змістом. Нумерація сторінок наскрізна від титульного

3

листа до останньої сторінки (за виключенням креслень). Номер сторінки на титульному листу не ставиться.

Графік, що займає всю сторінку, розміщується по тексту і нумерується як сторінка. На всіх кресленнях в правому нижньому куті заповнюється типовий штамп університету.

Пояснювальна записка

Титульний лист. Робиться на ватмані чорною тушшю у відповідності з додатком 1. Дозволяється титульний лист і пояснювальну записку набирати на комп’ютері.

Зміст. Послідовно перелічуються всі розділи пояснювальної записки з посиланням на сторінки. Після цього дають перелік креслень з їх нумерацією.

Завдання. Бланк із завданням з шифром і мапою треба вклеїти так, щоб було зручно розглядати мапу, на якій прокладено трасу дороги. Після бланку завдання подаються розшифровані вихідні дані згідно з додатком 2.

Вступ. Формулюється загальна ідея завдання на розробку проекту мостового переходу в конкретному районі. В кінці подати загальні міркування щодо впливу дорожнього будівництва на економічний розвиток району проектування.

Розділ І. Характеристика району розташування мостового переходу. За даними завдання, мапи та літератури описати особливості клімату, геоморфології, геології, гідрології, гідрографії та рослинності в даному районі. Встановити дорожньо-кліматичну зону району проектування.

Розділ ІІ. План траси. Дати ескізне обгрунтування траси в плані на ділянці між заданими контрольними точками та місця перетину ріки. Скласти відомість прямих та елементів кривих. Вказати довжину ділянки траси між контрольними точками і довжину повітряної лінії. Визначити коефіцієнт подовження траси.

Розділ ІІІ. Гідрологічні розрахунки. Застосовуючи гідроморфологічний метод визначення витрат, будуються криві загальної та руслової витрати. Визначається максимальна витрата заданої ймовірності перевищення Qр%, розрахунковий рівень високої води (РРВВр%), відповідний цій витраті та середня руслова швидкість в природних умовах (до стиснення ріки насипами підходів). Витрату заданої ймовірності перевищення треба визначити двома способами – аналітичним та графо-аналітичним.

Розділ ІV. Визначення ширини отвору та загального розмиву під мостом. Виходячи з величини граничного розмиву призначається ширина отвору. Відповідно модельній серії повеней будуються водомірні графіки і гідрографи. Використовуючи аналітичні залежності отримані на кафедрі мостів і тунелів НТУ, виконується багаторічне прогнозування загального розмиву.

Розділ V. Глибина місцевого розмиву. Визначається глибина вирви місцевого розмиву біля проміжної опори моста в руслі, а також найменша

4

відмітка дна русла під мостом (з врахуванням загального і місцевого розмивів).

Розділ VI. Регуляційні споруди. Належить визначити розміри стуминонапрямних дамб бісинусоподібного або еліптичного обрису, обчислити координати для розбивки осей верхових і низових дамб.

Розділ VII. Земляне полотно. Треба визначити величину підпору перед мостом і біля насипів підходів. Обчислити висоту накочування вітрової хвилі на укіс дамби. Визначити мінімальну допустиму відмітку бровки насипу на заплаві і відмітку бровки верхової струминонапрямної дамби. Нанести проектну лінію на поздовжньому профілі мостового переходу. Призначити та описати типи конструкцій земляного полотна, тип конструкції дамб на заплавах, поперечні профілі яких зобразити на кресленні.

Розділ VIII. Безпека руху. Охорона довкілля. Перелічити заходи, що забезпечують безпеку руху на даній ділянці дороги. Подати міркування щодо доцільності застосування охоронних заходів в конкретних умовах (особливості розташування мостового переходу).

Список літератури. Навести повний список літератури, використаної при виконанні курсового проекту, включаючи і ту, яка не міститься в списку літератури, рекомендованому методичними вказівками. Номер джерела в списку повинен відповідати номеру посилання в тексті записки.

Креслення і графіки

1.План траси. Накреслити червоним колорьом на доданій до завдання мапі (М 1:25000). Траса повинна пройти через задані контрольні точки. Радіуси закруглень не повинні виходити за межі, що встановлені нормами (дод. 3). На мапі показати умовними знаками і підписати кілометри, короткими штрихами (1,5 мм) – пікети, а також вершини кутів, тангенси, кути повороту, криві їх початок і кінець. При визначенні румбів прямих, з метою їх занесення до відомості елементів кривих, треба мати на увазі, що меридіан Південь-Північ направлений паралельно вертикальній рамці мапи.

2.Поздовжній профіль траси (креслення). Виконати на міліметровці формату А3 в кольорі з відмивкою аквареллю (горизонтальний масштаб 1:5000, вертикальний – 1:500). Поверхню землі і всю пов’язану з нею інформацію накреслити чорним кольором. Проектну лінію і всю віднесену до неї інформацію, включаючи проектні та робочі відмітки, штучні споруди, елементи кривих в поздовжньому профілі, похили тощо, нанести червоним кольором

(дод. 9). Насипи в поздовжньому профілі відмити світлокарминовим кольором, а виїмки - світло-жовтим. Поперечні перерізи водотоків відмити блакитним кольором.

3.Поперечний профіль земляного полотна (креслення). Накреслити на ватмані формату А3 (М 1:100). Поперечний переріз вибрати на ділянці затоплення заплав при розрахунковому РВВ (пікетажне

5

положення занести в штамп). На кресленні показати крутизну укосів, похили узбіч проїзної частини, відмітку брівок земляного полотна і поверхні землі по осі дороги, РРВВ, відмітки перелому крутизни укосів, границі укріплень, рисберми тощо.

4.Поперечний профіль ріки по осі мостового переходу (креслення).

Накреслити на міліметровці формату А3 або А4. Горизонтальний масштаб 1:2000, вертикальний – 1:200 (дод. 10). На профілі показати відмітки землі і дна, пікетажне положення глибинних вертикалей (пікети, плюсові точки, глибинні вертикалі, відстані між ними, рівні води, вибрані для морфометричних розрахунків).

5.Конструкція струминонапрямної дамби (креслення). Виконати на ватмані формату А3 (дод. 11). Показати план лівої або правої дамби на топографічній основі в масштабі 1:500 або 1:1000 (січення рельєфу – через 0,5 м), поперечний профіль в масштабі 1:50 з необхідними розмірами і відмітками. Окремо по координатам накреслити вісь дамби.

6.Графіки кривих загальної і руслової витратQ = f(H) і Qp = f(H)

накреслити на міліметровці формату А4 за даними морфометричних розрахунків.

7.Графік Vрп = f(H) накреслити на міліметровці формату А4.

8.Клітчата ймовірності. Накреслити на міліметровці формату А4.

2. ВИЗНАЧЕННЯ ВИТРАТИ ЗАДАНОЇ ЙМОВІРНОСТІ ПЕРЕВИЩЕННЯ

2.1. Залежність витрати і швидкості від рівня води в річці.

Побудувати поперечний профіль ріки в межах розливу, визначивши відмітки поверхні землі на пікетах і плюсових точках та дні русла на глибинних вертикалях. Відмітки пікетних і плюсових точок знайти на мапі інтерполяцією. Відмітки дна русла визначити за даними в завданні глибинами меженного русла і відмітці меженного рівня по осі переходу:

ZРМВ. М = ZРМВ ± I∙ℓ (1)

де: ZРМВ.М – відмтка меженного рівня по осі переходу; ZРМВ – відмітка меженного рівня, заданого на мапі; І – гідравлічний похил ріки; ℓ - відстань між точкою із заданою відміткою урізу межені на мапі і точкою перетину урізу з віссю переходу.

Знак „+” чи „-„ в формулі залежить від розташування осі переходу вище чи нижче за течією відносно до точки з відміткою ZРМВ. Далі необхідно визначити відмітки річних максимальних рівнів по вказаним в завданні перевищенням їх над меженним ZРМВ. Вибравши п’ять, або шість рівнів (наприклад через 1,00 м) так, щоб перекрити діапазон всіх спостережених річних максимумів, будуються криві загальної і руслової витрат, послуговуючись при цьому морфометричним методом. Розрахунок витрат

6

належить вести в табличній формі (одна таблиця для кожного вибраного рівня). В таблиці розмістити вихідні дані, проміжні та конечні результати обчислень (дод. 4). В першому стовпчику таблиці записуються номера вертикалей (пікетні і плюсові точки на заплавах, а також номера глибинних вертикалей в руслі). В другому стовпчику – пікетажні положення всіх вертикалей; в третьому – відмітки поверхні землі на заплавах і дна русла; в четвертому – глибини на всіх вертикалях в межах розливу при даному рівні; в п’ятому – обчислюється середня глибина на ділянці між сусідніми вертикалями, і-ою та і+1-ою:

сьомому визначається середня швидкість на ділянці між сусідніми глибинними вертикалями за формулою Маннінга, м/с:

де І – гідравлічний похил; n – коефіцієнт шорсткості. У восьмий стовпчик заноситься відстань між сусідніми глибинними вертикалями (різниця їх пікетажних положень); в дев’ятий – площі живого перерізу між сусідніми глибинними вертикалями і та і+1, м2:

Розрахунки виконуються окремо для заплав і русла. В одинадцятому стовпчику показати суми витрат і площ живого перерізу для русла і кожної заплави. Середня швидкість на заплавах чи в руслі становить відношення витрати води в руслі чи на заплаві до відповідної їй площі живого перерізу.

Заповнюючи таблицю, слід пам’ятати, що остання вертикаль для лівої заплави є першою для русла, а остання для русла – першою для правої заплави. Крайня права і остання вертикалі в таблиці – це урізи води (границі розливу) при заданому рівні води, тобто вертикалі з нульовими глибинами. На кресленні живого перерізу ріки лівий берег завжди розміщується ліворуч. Нарешті знаходиться загальна витрата води при заданому рівні:

де Qлз , Qпз ,Qp - витрати відповідно лівої і правої заплав та русла.

В такий же спосіб треба заповнити таблиці для розрахунку витрат і для решти рівнів води. Після їх заповнення побудувати криві витрат – графіки залежності загальної і руслової витрати від рівня води, а також графіки залежності від рівня води природних швидкостей в руслі і на заплавах.

Користуючись кривими витрат, складається таблиця, що являє собою хронологічний ряд рівнів і витрат (перший стовпчик – рік спостереження в хронологічному порядку; другий стовпчик – відмітки річних максимальних рівнів; третій стовпчик – відповідні їм максимальні витрати ріки.

Ймовірність перевищення розрахункових максимальних витрат нормується в залежності від типу споруди і народногосподарського значення

7

дороги. Для великих і середніх мостів на автомобільних дорогах прийняті такі ймовірності перевищення в залежності від технічної категорії дороги:

Прогноз розрахункової витрати заданої ймовірності перевищення виконати двома способами: аналітичним і графо-аналітичним.

2.2. Аналітичний спосіб визначення витрати заданої ймовірності перевищення

Аналітичний спосіб прогнозу максимальної витрати заснований на використанні біноміальної кривої ймовірності.

Використовуючи ряд спостережень визнаються параметри кривої ймовірності: середнє багаторічне значення максимальних витрат Qсер, коефіцієнт варіації CV, коефіцієнт асиметрії CS :

де Qі – максимальна витрата з порядковим номером (і) в ряду спостережень; n – кількість років спостережень;

де Kmin – мінімальне значення модульного коефіцієнта.

Гідрологічні розрахунки виконати, розташувавши вихідні дані та проміжні результати в таблиці (дод. 5). При цьому їх треба занести в ранжированому порядку, тобто від більших значень витрат до менших.

Витрата розрахункової ймовірності перевищення

Qp% = Qсер( СV ∙Ф + 1 ) (12)

де Ф – функція Фостера, значення якої наведені в табл. 1 в залежності від коефіцієнта асиметрії та нормативної ймовірності перевищення

8

Таблиця 1

Значення функції Ф

2.3. Графоаналітичний спосіб визначення витрати заданої ймовірності перевищення

Для кожного члена ранжированого ряду витрат за формулою Н.Н.Чегодаєва визначається емпірична ймовірність

де: m – порядковий номер члену ранжированого ряду; n – кількість років спостережень (загальна кількість членів ряду).

Обчислення емпіричної ймовірності виконується в табличній формі (дод. 6), при цьому значення ймовірностей зручно записувати в процентах, помноживши величини, отримані за формулою (13), на 100.

На клітчатці ймовірностей нанести точки, розташування яких визначається значеннями пар Q та Ре. З цією метою спочатку треба позначити на осі ординат клітчатки в певному масштабі інтервал зміни Q. Потім провести плавну криву, яка узагальнює сукупність нанесених точок. Варто зауважити, що ця крива не з’єднує точки, а проводиться між ними таким чином, щоб кількість і відстані точок над кривою і під нею були приблизно однакові. Після цього крива екстраполюється до абсциси, яка відповідає нормативній ймовірності перевищення, і на осі ординат знаходиться шукана витрата.

9

Розрахункові витрата і рівень високої води

За розрахункову витрату вибирається більша з двох витрат, отриманих аналітичним і графо-аналітичним способами. Розрахунковий рівень високої води (РРВВ) визначається по, побудованій раніше, кривій загальної витрати

Q = f (H ).

3. ВИЗНАЧЕННЯ ШИРИНИ ОТВОРУ ТА ПРОГНОЗУВАННЯ ЗАГАЛЬНОГО РОЗМИВУ ПІД МОСТОМ

3.1. Визначення ширини отвору мостового переходу

Спираючись на досвід проектування мостових переходів, проф. Андрєєв О.В. вважає, що з точки зору економічної доцільності завжди треба прагнути до якнайменшої ширини отвору Lм .Але при цьому повинні братися до уваги такі обмеження:

Ширина отвору не може бути меншою за ширину русла Вр; Коефіцієнт розмиву Р не рекомендується допускати більшим за 1,5 для судноплавних річок і більшим ніж 2 – для несудноплавних річок, де

Р = hр.м.max/ hр.п.max - відношення максимальних глибин в руслі після і до розмиву; Підпір перед мостом і біля підходів не повинен загрожувати

затопленням прилеглих поселень, народногосподарських об’єктів тощо;

Швидкості під мостом в повеневий період на судноплавних річках та розрахункові судноплавні рівні (РСР) повинні бути узгоджені з відповідними судноплавними компаніями.

Граничний коефіцієнт загального розмиву практично дорівнює коефіцієнту стиснення потоку під мостом Р = βм , де

В – ширина розливу ріки (відстань між урізами). Тоді, враховуючи залежності (14)-(15), ширина отвору з деяким запасом визначається за формулою

де: τ = Qрп / Q; δ = В / Вр.

Якщо за формулою (16) виявиться, що Lм< Вр, то ширину отвору слід приймати рівною ширині русла, тобто проектувати міст найменшої довжини.

10